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第一章 发酵工程
第一节 传统发酵技术的应用
人教版（2019）选择性必修三
学习目标
1.说出发酵与传统发酵技术。(生命观念)
2.说明泡菜、果酒和果醋制作的原理。（生命观念）
3.尝试完成泡菜、果酒和果醋的制作。(科学思维、科学探究)
4.关注食品安全，倡导健康的生活方式。(社会责任)
科技探索之路
阅读教材本章“科技探索之路”中的从传统发酵技术到发酵工程”，了解发酵技术的发展历程：
究竟什么是发酵呢
过渡
我国战国时期盛酒的铜器和其中的酒
巴斯德正在做实验
第一批青霉素发酵罐
利用微生物发酵生产干扰素的车间
从传统发酵技术到发酵工程
科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。
1897年
用微生物生产谷氨酸获得成功，酶制剂、多糖、维生素发酵工业兴起。
1957年
科学家开始运用数学、动力学、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究。
20世纪80年代以后
法国微生物学家巴斯德通过实验证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来。
1857年
利用发酵工程大规模生产青霉素，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，抗生素发酵工业兴起。
20世纪40年代
基因工程。细胞工程等发展，人胰岛素和干扰素大量生产。
20世纪70年代以后
1900
1940
1960
1850
1980
1970
约9000年前
我们祖先就会利用微生物将谷物、水果发酵为含酒精的饮料。
课前导入
“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑，古来征战几人回”（唐 王翰）诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？
一、发酵与传统发酵技术
夏禹时期，已有了关于杜康造秫酒的传说。我国酿造白酒的工艺在世界上独树一帜，白酒一般是以谷物为原料，加酒曲发酵而成的。
一、发酵与传统发酵技术
1857年，法国的微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
一、发酵与传统发酵技术
1.发酵
（1）概念：
（2）原理：
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物。
人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
（3）类型：
需氧发酵（ ）
厌氧发酵（ ）
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
发酵的实质就是微生物在有氧或无氧条件下的细胞呼吸，是一个物质氧化分解的过程。
一、发酵与传统发酵技术
2.腐乳的制作
腐乳是我国古代劳动人民创造的一种大豆发酵食品，其口感细腻、味道鲜美、易于消化吸收、耐保存的特性一直受到我们的喜爱。
2.腐乳的制作
（1）原理：
蛋白质 小分子的肽和氨基酸
蛋白酶
脂肪 甘油和脂肪酸
脂肪酶
（2）菌种：
酵母、曲霉、毛霉。其中起重要作用的是毛霉。
☆大分子物质被分解为小分子物质是腐乳口感细腻的原因。
一、发酵与传统发酵技术
酵母菌
曲霉
毛霉
一、发酵与传统发酵技术
2.腐乳的制作
（3）制作过程：
利用干棕叶(或稻草)上的毛霉孢子，在15-18℃条件下，让豆腐上长出毛霉
加盐可以析出豆腐中的水，使豆腐变硬，盐也能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。
含水量70%左右为宜，含水量过高不易成形，过低不利于毛霉生长
卤汤是由酒（12%）及各种香辛料配置而成，抑制微生物的生长同时使腐乳有独特的香味。
让豆腐长出毛霉
加盐腌制
加卤汤装瓶
密封腌制
制腐乳坯
一、发酵与传统发酵技术
3.传统发酵技术
（1）概念：
直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
（2）类型：
传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。（操作简单）
生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等。
（4）主要食品：
酒、腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉
（3）缺点：
同化作用
（异己→自己）
自养型
异养型
无机物→有机物
有机物→有机物
光能自养型
化能自养型
CO2 C6H12O6
植物叶肉细胞、蓝藻
硝化细菌、硫细菌、铁细菌
异化作用
（自己→异己）
主要指呼吸作用
需氧型
厌氧型
兼性厌氧型
醋酸菌、毛霉
乳酸菌
酵母菌
细胞的代谢类型
（光能合成作用）
（化能合成作用）
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2 2HNO3+能量
如：“毛霉的代谢类型为异养需氧型”就是在描述其同化作用和异化作用。
二、尝试制作传统发酵食品
1.制作泡菜
（1）菌种：
乳酸菌
①菌种来源：
植物体表面天然的乳酸菌
②代谢类型：
异养厌氧型
③种类：
乳酸链球菌、乳酸杆菌
（2）发酵原理：
在无氧条件下能将葡萄糖分解成乳酸
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
☆乳酸菌为原核生物。
（3）发酵条件：
无氧；18～20℃
二、尝试制作传统发酵食品
将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；
杀菌、除氧
过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；
过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用；
（4）制作泡菜的方法步骤
配制
盐水
蔬菜处理装坛
二、尝试制作传统发酵食品
（4）制作泡菜的方法步骤
加
盐水
封坛
发酵
创造无氧环境
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；
向坛盖边缘的水槽中注满水，在发酵过程中注意向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间；
二、尝试制作传统发酵食品
1.制作泡菜
二、尝试制作传统发酵食品
1.制作泡菜
（5）结果分析和评价
①用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？
目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。
②为什么泡菜坛只能装八成满？
在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。
二、尝试制作传统发酵食品
1.制作泡菜
（5）结果分析和评价
③如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？
泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；
一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。
根据亚硝酸盐的含量来评定；
根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。
可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；
二、尝试制作传统发酵食品
泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化
时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵前期
发酵中期
发酵后期
变化曲线
少（O2抑制乳酸菌活动）
少
增加（硝酸盐还原菌的作用）
最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动）
增多
达到最多后开始下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）
减少（乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动）
继续增多，
最后保持稳定
下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作果酒
（1）菌种：
酵母菌
①菌种来源：
果皮表面的野生酵母菌
②代谢类型：
异养兼性厌氧型
（2）发酵原理：
有氧条件：酵母菌大量繁殖。
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
☆酵母菌为真核生物。
无氧条件：酒精发酵。
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 能量
酶
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作果酒
（3）发酵条件：
前期有氧，后期无氧；28℃
（4）发酵装置：
简易装置
带盖的瓶子
通用装置
通用发酵装置
充气口
排气口
出料口
二、尝试制作传统发酵食品
（5）步骤：
果酒
酒精发酵
挑选葡萄
冲洗
榨汁
先清洗再去枝梗和腐烂的籽粒，沥干
清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒后晾干
每隔12h左右将瓶盖拧松一次，再拧紧瓶盖。
控制温度18~30℃
装入发酵瓶中时要留大约1/3的空间
二、尝试制作传统发酵食品
装入发酵瓶中时要预留大约1/3的空间
果酒
酒精发酵
挑选葡萄
冲洗
榨汁
发酵前期充气口打开，输入无菌空气，后期关闭充气口
随时取样，及时监测发酵情况
一直打开
排出酒精发酵时产生的CO2
前期酵母菌有氧呼吸，大量繁殖；后期酵母菌无氧呼吸，酒精发酵
二、尝试制作传统发酵食品
3.制作果醋
1. 菌种：
醋酸菌
（1）菌种来源：
空气中的醋酸菌
（2）代谢类型：
异养需氧型
☆醋酸菌为原核生物。
2. 发酵原理：
氧气、糖源充足时：
C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量
酶
糖源不充足时：
C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量
酶
二、尝试制作传统发酵食品
2.制作果醋
（3）发酵条件：
有氧；30～35℃
（4）发酵装置：
简易装置
通用装置
通用发酵装置
充气口
排气口
出料口
裹纱布的瓶子
二、尝试制作传统发酵食品
果醋
醋酸发酵
挑选苹果
冲洗
榨汁
随时取样，监测发酵情况
持续输入输入无菌空气
（5）步骤：
二、尝试制作传统发酵食品
果酒
酒精发酵
挑选苹果
冲洗
榨汁
果醋
醋酸发酵
打开瓶盖，盖上一层纱布即可进行醋酸发酵7~8天
二、尝试制作传统发酵食品
（6）思考与讨论：
2.制作果酒和果醋
①冲洗的目的是？
洗去浮尘，但不能反复冲洗，因为果皮表面附着大量的野生菌种，反复冲洗会减少菌种的数量，延长发酵时间。
②为什么先冲洗葡萄再去除去枝梗？
以避免去除枝梗和腐烂的籽粒时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。
二、尝试制作传统发酵食品
（6）思考与讨论：
2.制作果酒和果醋
③为什么发酵瓶要留1/3的空间？
有利于酵母菌进行有氧呼吸，通过出芽生殖大量繁殖后代；又防止发酵旺盛时产生大量的CO2造成发酵液溢出。
④为什么将温度控制在18-30℃进行发酵？
因为果皮表面附着的野生酵母菌可能有很多种，所以提供了适合多种酵母菌生长的温度范围。另外，控制温度在一个较大范围内比较简单易行。
二、尝试制作传统发酵食品
（7）结果分析和评价
2.制作果酒和果醋
①在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？
①果酒：发酵液会出现气泡 ；
紫色葡萄皮的花青素进入发酵液,使葡萄酒呈深红色。
最明显的变化：发酵后10天后
②果醋：一般不会出现气泡 ，
发酵完成时，在发酵液的液面会出现一层菌膜，是醋酸菌菌膜。
二、尝试制作传统发酵食品
（7）结果分析和评价
2.制作果酒和果醋
②在制作果酒的过程中，除了酵母菌, 是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？
a.还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
b.乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。
c.在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。
d.可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；
e.可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。
二、尝试制作传统发酵食品
（7）结果分析和评价
2.制作果酒和果醋
③在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快 果醋的制作？
a.随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低，不会继续发酵。
b.在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
c.在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。或者买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜（即醋酸菌膜），用这层薄膜进行接种亦可。
二、尝试制作传统发酵食品
酵母菌—醋酸菌—毛霉—乳酸菌
知识总结
传统发酵技术
概念
来源
类型
实质
结果
应用
优点
缺点
直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
固体发酵及半固体发酵
原材料中天然存在或面团、卤汁等发酵物中的微生物
有氧或无氧条件下的物质氧化分解
生产人们需要的各种发酵产品
果酒、果醋、泡菜、酱油等的制作
操作简单，便于家庭式或作坊式生产，是文化的传承等
生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低等。
课堂小测
1.下列微生物与生产的食品的对应关系,错误的一组是( )
A.霉菌——酱 B.酵母菌——馒头
C.醋酸菌——泡菜 D.乳酸菌——酸奶
C
解析：制酱要用到霉菌，A正确。利用酵母菌发酵可以蒸馒头，B正确。用醋酸菌制作米醋，泡菜要用乳酸菌，C错误。用乳酸菌制作酸奶，乳酸菌是一种厌氧菌在无氧的条件下，乳酸菌能将牛奶中的乳糖分解为乳酸而使牛奶变成酸奶，D正确。
课堂小测
2.腐乳是我国传统民间美食，其味道鲜美，营养丰富，可增进食欲，帮助消化，可利用传统发酵技术制作而成。下列相关叙述错误的是( )
A.长满毛霉的豆腐块发酵前需要进行高温灭菌
B.腐乳味道鲜美与豆腐中含有氨基酸有关
C.传统发酵以混合菌的固体发酵及半固体发酵为主
D.腐乳制作过程中，豆腐块中蛋白质逐渐减少
解析：传统发酵技术不需要进行严格的灭菌，因此长满毛霉的豆腐块不需要进行高温灭菌处理，A错误；毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，因而腐乳味道鲜美，易于消化吸收，B正确；传统发酵技术所用的是天然存在的菌种，没有进行严格的灭菌，以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主，C正确；在制作腐乳的过程中，多种微生物参与了豆腐的发酵，比如毛霉、酵母菌等，其中起主要作用的是毛霉，毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，因此腐乳制作过程中，豆腐块中蛋白质逐渐减少，D正确。
A
课堂小测
3.东北酸菜口味好,耐储存，深受人们喜爱。酸菜是泡菜的一种，由蔬菜加盐水发酵而成。下列关于泡菜制作的叙述正确的是( )
A.泡菜发酵过程中需提供弱碱性环境
B.加入陈泡菜水有利于加速发酵过程
C.发酵过程中有水生成导致发酵液增多
D.发酵时，每间隔一段时间就应将坛盖打开放出CO2
解析：泡菜发酵主要依靠乳酸菌，乳酸菌适宜在酸性环境中生存，A错误；陈泡菜水中含有大量乳酸菌，可加速发酵过程，B正确；乳酸发酵不产生水，发酵过程中水会增多是因为泡菜原料在高渗溶液中渗透失水，C错误；乳酸菌代谢过程中不会产生CO2，D错误。
B
课堂小测
4.下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是( )
A.制作果酒最快捷的途径是先制果醋，再制果酒
B.酿制果酒所需的酵母菌和醋酸菌的发酵底物、条件完全相同
C.制作腐乳需利用毛霉等产生的酶分解豆腐中的蛋白质等物质
D.制作果酒、果醋和腐乳过程都应防止微生物的生长和繁殖
解析：制作果酒最快捷的途经利用酵母菌进行发酵，A错误；酵母菌发酵底物是一般是葡萄糖，醋酸菌的发酵底物是葡萄糖或者乙醇，B错误；毛霉等多种微生物分泌的蛋白酶，能将蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，脂肪酶可将脂肪分解成甘油和脂肪酸，C正确；制作果酒、果醋和腐乳过程都需要微生物的生长繁殖，果酒制备的菌种是酵母菌，果醋制备的菌种是醋酸菌，腐乳制备的菌种是毛霉，D错误。
C
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